- •Лекции по электрическим машинам л 1. Тема: «Общие вопросы теории машин переменного тока»
- •§1. Синхронные машины.
- •§2. Асинхронные машины.
- •§3. Обмотки машин переменного тока.
- •§4. Электродвижущие силы обмоток машин переменного тока.
- •§4.3. Э.Д.С. Витка.
- •§5. Намагничивающие силы обмоток переменного тока.
- •Л 2. Тема: «Асинхронные машины. Основы теории асинхронных машин при неподвижном роторе»
- •§1. Принцип действия асинхронной машины.
- •§2. Двигатели асинхронные 3хфазные единой серии 4а.
- •§3. Асинхронная машина пи заторможенном роторе.
- •Л 3. Тема: «Основы теории асинхронных машин при вращающемся роторе»
- •§1. Ориентировочные замечания.
- •§2. Основные явления, происходящие в асинхронной машине при вращении.
- •§3. Уравнение э.Д.С. Ротора и ток ротора i2.
- •§4. Частота вращения намагничивающей силы ротора.
- •§5. Уравнение намагничивающих сил асинхронной машины при её вращении.
- •§6. Схема замещения ротора асинхронной машины.
- •§7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя.
- •§8. Схема замещения асинхронного двигателя.
- •§9. Потери и к.П.Д. Асинхронного двигателя.
- •Л 4. Тема: «Синхронные машины. Работа под нагрузкой».
- •§1. Основные понятия и устройство синхронной машины.
- •§2. Принцип действия синхронной машины.
- •§3. Работа синхронного генератора при холостом ходе.
- •§4. Работа синхронного генератора под нагрузкой (на примере явнополюсной машины).
- •Л 5. Тема: «Параллельная работа синхронных машин»
- •§1. Предварительные замечания.
- •§2. Условия параллельного включения синхронных генераторов по способу точной синхронизации.
- •§3. Включение синхронных генераторов по методу самосинхронизации.
- •Л 6. Тема: «Характеристики синхронных генераторов».
- •§1. Система относительных единиц.
- •§2. Характеристика холостого хода.
- •§3. Характеристика короткого замыкания.
- •§4. Опытное определение xd.
- •§5. Опытное определение реактивного треугольника.
- •§6. Нагрузочная характеристика.
- •§7. Опытное определение индуктивного сопротивления рассеяния хδ.
- •§8. Внешняя характеристика.
- •§9. Регулировочная характеристика.
- •§10. Отношение короткого замыкания.
- •Л 7. Тема: «Физические основы рабочего процесса трансформатора»
- •§1. Принцип работы трансформатора.
- •§2. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов.
- •§3. Уравнение электродвижущих сил.
- •§4. Уравнение намагничивающих сил.
- •§5. Приведенный трансформатор.
- •§6. Переходные процессы в трансформаторах.
- •Л 8. Тема: «Рабочие свойства трансформаторов»
- •§1. Режим холостого хода.
- •§2. Опыт короткого замыкания.
- •§3. Изменение напряжения трансформатора.
- •§4. Включение трансформаторов на параллельную работу.
- •§5. Энергетическая диаграмма трансформатора.
- •§1. Устройство и принцип действия.
- •§2. Энергетическая диаграмма.
- •§3. Основные электромагнитные соотношения машины постоянного тока.
- •§4. Общие сведения об обмотках машин постоянного тока (якорных обмотках).
- •§5. Простая петлевая обмотка.
- •§6. Простая волновая обмотка.
- •Л 10. Тема: «Магнитная цепь машины постоянного тока».
- •Значение индукции в машинах постоянного тока.
- •Л 11. Тема: «Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке».
- •§1. Реакция якоря.
- •§2. Влияние реакции якоря на магнитный поток машины.
- •Л 12. Тема: «Коммутация в машинах постоянного тока».
- •§1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе.
- •§2. Физическая сущность коммутации и ее влияние на работу машины.
- •§3. Способы улучшения коммутации.
- •Л 13. Тема: «Генераторы постоянного тока и их характеристика».
- •§1. Характеристики генераторов.
- •Л 14. Тема: «Генераторы постоянного тока. Классификация».
- •Л 15. Тема: «Двигатели постоянного тока, их характеристики».
- •§1. Основные понятия.
- •§2. Пуск двигателя постоянного тока.
- •§3. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока.
- •§4. Механические характеристики двигателей постоянного тока.
- •§5. Рабочие характеристики двигателя с последовательным возбуждением.
§7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя.
Напишем уравнения э.д.с. и н.с. асинхронной машины в следующем виде, причем уравнение э.д.с. для цепи ротора в приведенном виде:
=-Ė1+jİ1x1+İ1r1(уравнение напряжений обмотки статора)
(уравнение напряжений эквивал.ротора)
(уравнение токов)
Величина может быть представлена в виде
=-
тогда уравнение э.д.с. для цепи ротора принимает вид
0=
Угол сдвига фаз между э.д.с. и током ротораопределяется по формуле
Ψ2=arctg
Рис. Векторная диаграмма асинхронного двигателя.
От векторной диаграммы она отличается лишь тем, что сума падений напряжений в обмотке ротора уравновешивается э.д.с. обмотки ротора приn2=0. Объясняется это тем, что обмотка ротора замкнута накоротко, а не на нагрузку, как это имеет место во вторичной обмотке трансформатора. Однако, если падение напряжениярассматривать как напряжение на некоторой нагрузке, подключенной на зажимы обмотки ротора, то векторную диаграмму асинхронного двигателя можно рассматривать как векторную диаграмму трансформатора, на зажимы вторичной обмотки которого включено переменное сопротивление. Иначе говоря, асинхронный двигатель в электрическом отношении подобен трансформатору, работающему на активную нагрузку. Мощность вторичной обмотки такого трансформатора
представляет собой полную механическую мощность, развиваемую асинхронным двигателем.
§8. Схема замещения асинхронного двигателя.
Уравнениям э.д.с. и токов, а также векторной диаграмме асинхронного двигателя соответствует электрическая схема, которая называется схемой замещения асинхронного двигателя.
Таким образом, асинхронная машина с электромагнитной связью статорной и роторной цепей заменена эквивалентной электрической схемой. Величина активного сопротивления определяется скольжением, а, следовательно, механической нагрузкой на валу асинхронного двигателя. Так, например, если нагрузочный момент на валу двигателя М2=0, то скольжениеS0. При этом величина=∞, что соответствует работе двигателя в режиме холостого хода. Если же нагрузочный момент превышает вращающий, то ротор двигателя останавливается (S=1) при этом=0, что соответствует режиму короткого замыкания.
Рис. «Т»образная схема замещения асинхронного двигателя.
r0– магнитные потери в стали на вихревые токи и гистерезис;
х0– потери, обусловленные основным магнитным потоком в воздушном зазоре.
Полученная схема замещения может быть преобразована в более простой вид. С этой целью намагничивающий контур z0=r0+jx0выносят на общие зажимы. Чтобы при этом намагничивающий токI0не изменил своей величины, последовательно включают сопротивленияr1иx1.
Рис. «Г»образная схема замещения асинхронного двигателя.
Величина тока в рабочем контуре
,
где U1– фазное напряжение, подводится к обмотке статора.
§9. Потери и к.П.Д. Асинхронного двигателя.
Преобразование энергии в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энергии. Эти потери делятся на механические, магнитные и электрические.
Из сети в обмотку статора поступает мощность Р1. Часть этой мощности расходуется на покрытие магнитных потерь в сердечнике статора рс1, а также в обмотке статора на покрытие электрических потерь, обусловленных нагревом обмотки
=.
Оставшаяся часть мощности при помощи магнитного потока передается на ротор и поэтому называется электромагнитной мощностью
рэм=р1-(рс1+рэ1)
Часть электромагнитной мощности затрачивается на покрытие электрических потерь в обмотке ротора
Остальная часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощность двигателя, называемую полной механической мощностью
Следует отметить, что в роторе двигателя возникают также и магнитные потери, но ввиду небольшой частоты тока ротора(f2=f1S) эти потери настолько малы, что ими обычно пренебрегают.
Механическая мощность на валу двигателя Р2меньше полной механической мощностина величину механических рмехи добавочных рдпотерь
Р2=- (рмех+ рд)
Механические потери в асинхронном двигателе обусловлены трением в подшипниках и трением вращающихся частей о воздух. Добавочные потери вызваны наличием в двигателе полей рассеяния и пульсацией поля в зубцах ротора и статора. Таким образом, полезная мощность асинхронного двигателя
Р2=Р1- ∑р
Рис. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.
Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя
Благодаря отсутствию коллектора к.п.д. асинхронного двигателя больше, чем у двигателя постоянного тока. В зависимости от величины мощности асинхронного двигателя их к.п.д. при номинальной загрузке находится в пределах 83 – 95 %(верхний предел для двигателей большой мощности).